WO2011132903A2 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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WO2011132903A2
WO2011132903A2 PCT/KR2011/002766 KR2011002766W WO2011132903A2 WO 2011132903 A2 WO2011132903 A2 WO 2011132903A2 KR 2011002766 W KR2011002766 W KR 2011002766W WO 2011132903 A2 WO2011132903 A2 WO 2011132903A2
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upper electrode
reaction chamber
plasma
shape
processing apparatus
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이경호
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주식회사 테라세미콘
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01J37/32541—Shape

Definitions

  • the present invention relates to a plasma processing apparatus. More specifically, the present invention relates to a plasma processing apparatus in which a shape of an upper electrode to which high frequency is applied is adjusted so that plasma is uniformly generated for each part of the reaction chamber.
  • the high frequency plasma processing apparatus is used in the manufacture or etching of a semiconductor layer or an insulating layer such as an amorphous silicon layer, a microcrystalline silicon layer, a polycrystalline silicon layer, a silicon nitride layer, or the like used in a solar cell, a thin film transistor, or the like.
  • a radio frequency (RF) of 13.56 MHz which is a practical power supply frequency, is conventionally used, but recently, the growth rate of the semiconductor layer, characteristics of the semiconductor layer, or
  • RF radio frequency
  • VHF ultra high frequency
  • the use of ultra-high frequency above 30 MHz is not a big problem.
  • standing waves may be generated from the electrode because the size of the electrode also increases in correspondence with the size of the substrate.
  • a standing wave may be generated from the electrode at which a waveform does not move left and right at any point in time.
  • non-uniform plasma can be generated inside the reaction chamber.
  • the density of the plasma generated near the center of the electrode can be increased by the standing wave relative to the edge of the electrode. Since non-uniform generation of plasma results in non-uniform growth of the semiconductor layer and the like, there is a need for a new technology capable of improving this.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, by providing a plasma processing apparatus that can generate a plasma uniformly for each part of the reaction chamber by adjusting the shape of the upper electrode to which a high frequency is applied. For that purpose.
  • an object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus that can reduce the hassle of having to reinstall the top electrode or use a separate top electrode in order to arrange a special shape of the top electrode inside the reaction chamber.
  • the plasma can be uniformly generated for each part of the reaction chamber.
  • FIG. 1 is a view showing the configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view illustrating a state in which an upper electrode and a plurality of control units are connected to each other according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view showing a state in which the upper electrode is adjusted to have the highest convex surface shape in the center according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 4 is a view showing a state in which the upper electrode is adjusted to have a curved shape according to another embodiment of the present invention.
  • a plasma apparatus the reaction chamber; An upper electrode disposed inside the reaction chamber and to which power for plasma generation is applied; A plurality of adjusting units connected to the upper electrodes to adjust the shape of the upper electrodes; And a lower electrode disposed inside the reaction chamber and mounted on and supported by the substrate.
  • FIG. 1 is a view showing the configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the plasma processing apparatus 1 of the present invention may perform all processes using plasma in the overall semiconductor processing field. Therefore, the plasma treatment of the substrate 10 below means not only forming a semiconductor layer on the substrate 10 but also modifying a surface of the semiconductor formed on the substrate 10 or on the substrate 10. It should be understood that the present invention may be interpreted as a meaning including etching the formed semiconductor layer.
  • a plasma processing apparatus 1 includes a reaction chamber 100.
  • the reaction chamber 100 may be configured to substantially seal an inner space during the process to provide a space for performing a plasma treatment on the substrate 10.
  • the reaction chamber 100 is configured to maintain optimal process conditions, the shape may be manufactured in the form of a square or a circle.
  • the material of the reaction chamber 100 may be stainless steel, aluminum, or the like, but is not limited thereto.
  • a plurality of through holes 110 may be formed on the upper surface of the reaction chamber 100 to allow the plurality of control units 400 to be described later to pass therethrough.
  • the inner circumferential surface of each through hole 110 may be screwed in order for the adjusting unit 400 to move upward or downward, which will be described later.
  • one side of the reaction chamber 100 may be provided with a door (not shown) that opens and closes in a vertical direction to load and unload the substrate 10 in the reaction chamber 100.
  • the substrate 10 may be loaded and unloaded into the reaction chamber 100 using a substrate 10 loading device (not shown) such as a transfer arm while the door is opened.
  • the plasma processing apparatus 1 may include an upper electrode 200.
  • the upper electrode 200 may perform a function of generating a plasma by receiving a high frequency power from the outside.
  • the shape of the upper electrode 200 may be variously adjusted by the plurality of control units 400.
  • the upper electrode 200 is preferably composed of a pure metal or a metal alloy having a certain strength and elasticity, but is not necessarily limited thereto.
  • the upper electrode 200 of the present invention various types of plasma electrodes according to the principle of generating plasma may be employed.
  • an inductively coupled plasma (ICP) type plasma electrode, an electron cyclotron resonance (ECR) type plasma electrode, a surface wave plasma (SWP) type plasma electrode, or the like may be employed.
  • the upper electrode 200 of the present invention is preferably a plate-shaped electrode for generating a plasma in a capacitive coupling method.
  • the upper electrode 200 is schematically illustrated in FIG. 1, components generally employed in the upper electrode 200 in the plasma processing field may be employed in the upper electrode 200 of the present invention.
  • a dielectric (not shown) generally employed in the upper electrode 200 or a plurality of holes (not shown) or the like for spraying the reaction gas in a shower head method may be further employed in the upper electrode 200 of the present invention.
  • the plasma processing apparatus 1 may include a lower electrode 300.
  • the lower electrode 300 may perform a function of generating a plasma together with the upper electrode 200.
  • the lower electrode 300 may be disposed inside the reaction chamber 100 in a form opposite to the upper electrode 200.
  • the lower electrode 300 may be grounded to the outside through the ground line.
  • the substrate 10 for plasma processing is mounted on the lower electrode 300.
  • the lower electrode 300 may perform a function of a support on which the substrate 10 is seated in addition to a function of generating plasma.
  • the lower electrode 300 may be configured in the form of a plate.
  • the frequency of the power applied to the upper electrode 200 of the present invention is not particularly limited, but it is preferable that a frequency in a very high frequency (VHF) band, that is, a frequency in the range of 30 MHz to 300 MHz is applied.
  • VHF very high frequency
  • the speed of the plasma process can be remarkably improved, so that the productivity of the plasma process can be improved.
  • the increase in the speed of the plasma process may result in an increase in growth rate of the semiconductor layer formed on the substrate 10, an increase in etching rate of the semiconductor layer, or the like.
  • the frequency of the microwave band is relatively short in the length of the wavelength.
  • the shortness of the wavelength is not a big problem when the size of the upper electrode 200 is small, but when the size of the upper electrode 200 is also large as the substrate 10 becomes large, generation of uniform plasma is prevented.
  • the density of the plasma generated near the center of the upper electrode 200 may be higher than the edge of the upper electrode 200.
  • the plasma processing apparatus 1 of the present invention is characterized in that it comprises a plurality of adjusting unit 400 for adjusting the shape of the upper electrode 200.
  • the plurality of control units 400 will be described in detail.
  • a plurality of control unit 400 is connected to the lower side is the upper electrode 200, the upper side is located outside the upper side of the reaction chamber (100). That is, the adjusting unit 400 may pass through the upper surface of the reaction chamber 100 and perform a function of adjusting the shape of the upper electrode 200.
  • the configuration principle of the plurality of control units 400 to adjust the shape of the upper electrode 200 is not particularly limited. However, it is preferable that the plurality of control units 400 are connected to the upper surface of the upper electrode 200 to adjust the shape of the upper electrode 200 by vertically moving upward or downward.
  • the control unit 400 connected to the center of the upper electrode 200 has a fixed convex shape having the highest center in the center of the upper electrode 200 by moving the other control unit 400 downward in a vertical state. It can be adjusted to have.
  • each control unit 400 determines the position of the upper electrode 200 connected to each control unit 400, the plurality of control units 400 are independently moved upward or downward. It is preferable.
  • the control unit 400 connected to the center of the upper electrode 200 is fixed, the control unit 400 connected to the edge of the upper electrode 200 is lowered more than other surrounding control units 400.
  • the center of the upper electrode 200 has the highest position. Therefore, it is preferable that any control unit 400 is moved up or down and that any control unit 400 and the neighboring control unit 400 are moved up or down.
  • the upper electrode 200 can be adjusted to have more various shapes.
  • control units 400 are preferably connected to the upper electrode 200 at regular intervals.
  • the upper electrode and the plurality of control units are connected to each other.
  • control unit 400 are connected to the upper electrode 200 at regular intervals in the vertical and horizontal directions.
  • the shape of the upper electrode 200 can be adjusted more efficiently.
  • control unit 400 of the present invention is shown as 15, but is not necessarily limited to this may be configured in various numbers depending on the purpose of the present invention is used.
  • the upper electrode 200 having a special shape there is a problem in that the existing upper electrode 200 is separated and the upper electrode 200 needs to be placed again.
  • a technique of arranging the upper electrode 200 having a special shape by assembling the electrodes in various forms using a plurality of electrodes that can be separated from each other has been introduced.
  • the shape of the upper electrode 200 may be more easily modified because the plurality of control parts 400 are independently moved upward or downward to adjust the shape of the upper electrode 200. There is an advantage to that.
  • the plurality of control units 400 of the present invention may move upward or downward in a state of being connected to the upper surface of the upper electrode 200.
  • various known vertical movement principles may be employed in the control unit 400 of the present invention, but preferably the following configurations may be employed.
  • the plurality of control units 400 may be connected to the upper surface of the upper electrode 200, and may be disposed while penetrating through the upper surface of the reaction chamber 100.
  • a plurality of through holes 110 through which the plurality of control units 400 penetrate may be formed on the upper surface of the reaction chamber 100.
  • the inner diameter of the through hole 110 substantially coincides with the outer diameter of the adjusting part 400.
  • the adjusting part 400 needs to be fixed to the position moved upward or downward and thus moved.
  • the screw principle may be employed in the through hole 110 and the adjusting unit 400.
  • the inner circumferential surface of the through hole 110 may be screwed, and the outer circumferential surface of the adjusting unit 400 in contact therewith may also be screwed.
  • the plurality of adjusting units 400 may be fixedly moved upward or downward by being rotated in contact with the inner circumferential surfaces of the plurality of through holes 110.
  • the upper electrode 400 when the control unit 400 rotates, the upper electrode 400 is preferably configured not to rotate. Therefore, the up and down linear movement force of the controller 400 is transmitted to the upper electrode 400, and the rotational force of the controller 400 is preferably configured not to be transmitted to the upper electrode 400.
  • gas inflow into the reaction chamber 100 is sealed by sealing a gap that may occur between the through hole 110 and the control unit 400 at the upper portion of each through hole 110.
  • Gas sealing means 120 to prevent the may be further disposed.
  • a plurality of o-rings (not shown) and a tubular collar (not shown) may be employed as the gas sealing means 120. The inner circumferential surface of the collar may be screwed to allow the adjusting unit 400 to penetrate similarly to the through hole 110.
  • the plurality of adjusting units 400 may adjust the upper electrode 200 to have various shapes.
  • the shape control of the upper electrode 200 is preferably made in a direction that induces uniform generation of the plasma.
  • the shape of the upper electrode 200 is adjusted so that the plasma is not generated centrally at the local position inside the reaction chamber 100 and the plasma is uniformly generated at the entire position inside the reaction chamber 100. It is preferable.
  • the standing wave phenomenon is one of the main reasons for the generation of non-uniform plasma. Therefore, one of the best methods for uniform plasma generation is to adjust the shape of the upper electrode 200 in the direction of minimizing the standing wave phenomenon. Considering that the standing wave phenomenon occurs when the frequency wavelength of the power applied to the upper electrode 200 is shortened and at the same time the size of the upper electrode 200 increases, the standing wave phenomenon is applied to the upper electrode 200 to minimize the standing wave phenomenon. It is preferable to adjust the shape of the upper electrode 200 in consideration of the frequency of the power source or the size of the upper electrode 200.
  • the size of the upper electrode 200 is half of the wavelength length of the frequency applied to the upper electrode 200.
  • the highest density plasma may be generated near the center of the upper electrode 200, and the plasma of lower density may be gradually generated toward the edge of the upper electrode 200.
  • the upper electrode 200 by the plurality of control unit 400 may be adjusted to have the highest convex surface shape in the center. Then, since the distance between the center of the upper electrode 200 and the lower electrode 300 is the longest, a relatively low density plasma is generated in the center of the upper electrode 200. As a result, a uniform plasma is generated between the upper electrode 200 and the lower electrode 300. That is, a uniform plasma is generated for each part in the reaction chamber 100.
  • FIG 3 is a view showing a state in which the center of the upper electrode is adjusted to have the highest convex surface shape according to an embodiment of the present invention.
  • the adjusting part 410 of the center of the upper electrode 200 is fixed to the center of the upper electrode 200.
  • the controller 420 located between the edges may be moved downward by a predetermined amount, and the controller 430 of the edge of the upper electrode 200 may be downwardly moved downward.
  • moving the adjuster 420 downward by a predetermined amount means moving downward less than the lowest moved controller 430.
  • the upper electrode 200 may be changed to another new shape.
  • the adjusting part 420 located between the center and the edge of the upper electrode 200 which has been moved downward and the adjusting part 430 of the edge of the upper electrode 200 are moved upward again.
  • the upper electrode 200 again has the shape of a flat plate by the elasticity of the upper electrode 200, and in this state, the shape of the upper electrode 200 may be newly adjusted.
  • the upper electrode 200 may be adjusted to have a curved shape by the plurality of control parts 400.
  • FIG 4 is a view showing a state in which the upper electrode is adjusted to have a curved shape according to an embodiment of the present invention.
  • the upper electrode 200 may be adjusted such that the center is the highest, but the height is gradually lowered toward the edge, and the height is increased again after a predetermined position to have the lowest position between the center and the edge. .
  • the control part 420 located downward may be moved downward and the control part 430 of the edge of the upper electrode 200 may be moved downward by a predetermined amount.
  • the downward movement of the controller 430 by a predetermined amount means that the controller 430 is moved downwardly than the controller 420 that is moved downward.
  • the upper electrode in more various forms depending on the frequency of the power applied to the upper electrode 200 or the size of the upper electrode 200. It will be apparent that the 200 can be adjusted.
  • the shape adjustment of the upper electrode 200 can be made manually, but preferably can be made automatically by an external computing device.
  • the external computing device may be a device equipped with a microprocessor and having information processing capability.
  • the external computing device may automatically adjust the shape of the upper electrode 200 by deriving an optimal upper electrode 200 shape in consideration of the frequency of the power applied to the upper electrode 200 or the size of the upper electrode 200. .
  • components generally employed in the plasma processing apparatus such as a process gas supply unit and an auxiliary gas supply unit, may be further employed in the plasma processing apparatus 1 of the present invention. Can be. However, since these components correspond to components known in the art to which the present invention pertains, a detailed description thereof will be omitted.

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Abstract

플라즈마 처리 장치가 개시된다. 플라즈마 처리 장치(1)는 반응 챔버(100), 반응 챔버(100)의 내부에 배치되며 플라즈마 발생을 위한 전원이 인가되는 상부 전극(200), 상부 전극(200)에 연결되어 상부 전극(200)의 형상을 조절하는 복수개의 조절부(400); 및 반응 챔버(100)의 내부에 배치되고 기판(10)이 탑재 지지되는 하부 전극(300)을 포함한다. 플라즈마 처리 장치(1)는 고주파를 인가하는 상부 전극(200)의 형상을 작업자가 원하는 대로 조절할 수 있으므로, 반응 챔버(100) 내부의 각 부위별로 플라즈마를 균일하게 발생시킬 수 있게 된다.

Description

플라즈마 처리 장치
본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 고주파를 인가하는 상부 전극의 형상을 조절하여, 플라즈마가 반응 챔버 내부의 각 부위별로 균일하게 발생되도록 한 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
고주파 플라즈마 처리 장치는, 태양전지, 박막 트랜지스터 등에 이용되는 비정질 실리콘층, 미세결정 실리콘층, 다결정 실리콘층, 질화 실리콘층 등과 같은 반도체층 또는 절연층의 제조나 에칭시 사용된다.
고밀도 플라즈마로 반도체층 또는 절연층을 제조하거나 에칭하는 경우, 종래에는 실용 전원 주파수인 13.56 MHz의 무선 주파수(RF)가 이용되었으나, 최근에는 반도체층의 성장 속도, 반도체층의 특성, 또는 반도체층의 식각 속도 등을 향상시키기 위하여 30 MHz 이상의 초고주파(VHF)가 이용되는 것이 일반적이다.
일반적으로 30 MHz 이상의 초고주파를 이용하는 것은 크게 문제가 되지 아니한다. 그러나, 대면적의 기판인 경우에는 전극의 크기 역시 기판의 크기에 대응하여 커지기 때문에 전극으로부터 정재파(standing wave)가 발생하게 될 수 있다. 상세히 설명하면, 전극의 크기가 커져서, 전극의 크기가 초고주파 파장의 길이의 절반과 유사하게 되는 경우에는, 어느 한 시점에서 파형이 좌우로 진행하지 않고 정지되어 있는 정재파가 전극으로부터 발생하게 될 수 있다.
이러한 정재파에 의해서, 불균일한 형태의 플라즈마가 반응 챔버 내부에 발생될 수 있다. 이를 테면, 정재파에 의해서 상대적으로 전극의 가장자리에 비하여 전극의 중앙 부근에서 발생되는 플라즈마의 밀도가 높게 될 수 있다. 플라즈마의 불균일한 발생은 결과적으로 반도체층의 불균일한 성장 등을 야기하기 때문에 이를 개선할 수 있는 새로운 기술이 요구되고 있다.
이에 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고주파가 인가되는 상부 전극의 형상을 조절함으로써 반응 챔버 내부의 각 부위별로 플라즈마를 균일하게 발생시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 반응 챔버 내부에 특수한 형상의 상부 전극을 배치하기 위하여 상부 전극을 다시 설치하거나 분리형 상부 전극을 사용하여야 하는 번거로움을 덜 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 의하면, 고주파가 인가되는 상부 전극의 형상을 조절할 수 있으므로, 반응 챔버 내부의 각 부위별로 플라즈마를 균일하게 발생시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 반응 챔버 내부에 특수한 형상의 상부 전극을 배치하기 위하여 상부 전극을 다시 설치하거나 분리형 상부 전극을 사용할 필요가 없으므로, 번거로움을 덜 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 상부 전극과 복수개의 조절부가 서로 연결된 모습을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 상부 전극이 중앙이 가장 높은 볼록면 형상을 가지도록 조절된 모습을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 상부 전극이 굴곡진 형상을 가지도록 조절된 모습을 나타내는 도면이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 장치는, 반응 챔버; 상기 반응 챔버의 내부에 배치되며 플라즈마 발생을 위한 전원이 인가되는 상부 전극; 상기 상부 전극에 연결되어 상기 상부 전극의 형상을 조절하는 복수개의 조절부; 및 상기 반응 챔버의 내부에 배치되고 기판이 탑재 지지되는 하부 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 충분히 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 특정 구조 및 특성은 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이, 면적, 두께 및 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
먼저, 본 발명의 플라즈마 처리 장치(1)로는 전반적인 반도체 공정 분야에서 플라즈마를 이용하는 모든 공정을 수행할 수 있다. 따라서, 이하에서 기판(10)을 플라즈마 처리한다 함은, 기판(10) 상에 반도체층을 형성하는 것뿐만 아니라 기판(10) 상에 형성된 반도체의 표면을 개질하는 것 또는 기판(10) 상에 형성된 반도체층을 식각하는 것 등을 두루 포함하는 의미로 해석될 수 있음을 밝혀둔다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)는 반응 챔버(100)를 포함한다. 반응 챔버(100)는 공정이 수행되는 동안 실질적으로 내부 공간이 밀폐되도록 구성되어 기판(10) 상에 플라즈마 처리를 수행하기 위한 공간을 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 이러한 반응 챔버(100)는 최적의 공정 조건을 유지하도록 구성되며, 형태는 사각형 또는 원형의 형태로 제조될 수 있다. 반응 챔버(100)의 재질은 스테인레스 스틸, 알루미늄 등일 수 있으나 반드시 이에 한정되지 아니한다.
도 1을 더 참조하면, 반응 챔버(100)의 상부면에는 후술하는 복수개의 조절부(400)가 관통되기 위한 복수개의 관통홀(110)이 형성될 수 있다. 조절부(400)가 상향 또는 하향 이동되기 위하여 각 관통홀(110)의 내주면은 스크류 가공되어 있을 수 있는데 이에 대해서는 후술하도록 하겠다.
한편, 도 1에 도시되지는 않았지만, 반응 챔버(100)의 일측에는 반응 챔버(100)에 기판(10)을 로딩 및 언로딩하기 위하여 상하 방향으로 개폐되는 도어(미도시)가 설치될 수 있다. 상기 도어가 개방된 상태에서 트랜스퍼 암과 같은 기판(10) 로딩 장치(미도시)를 이용하여 기판(10)을 반응 챔버(100)로 로딩 및 언로딩할 수 있다.
다음으로, 도 1을 더 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)는 상부 전극(200)을 포함하여 구성될 수 있다. 상부 전극(200)은 외부로부터 고주파 전원을 인가 받아 플라즈마를 발생시키는 기능을 수행할 수 있다. 이때, 후술하는 바와 같이, 복수개의 조절부(400)에 의해서 상부 전극(200)의 형상은 다양하게 조절될 수 있다. 이러한 의미에서 상부 전극(200)은 일정한 강도 및 탄성을 갖는 순금속 또는 금속 합금으로 구성되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 상부 전극(200)으로는 플라즈마를 발생시키는 원리에 따른 다양한 형태의 플라즈마 전극이 채용될 수 있다. 이를 테면, 본 발명의 상부 전극(200)으로는 ICP(inductively coupled plasma) 형의 플라즈마 전극, ECR(electron cyclotron resonance) 형의 플라즈마 전극, SWP(surface wave plasma) 형의 플라즈마 전극 등이 채용될 수 있다. 다만, 본 발명의 상부 전극(200)은 용량 결합 방식으로 플라즈마를 발생시키는 평판 형태의 전극인 것이 바람직하다.
또한, 도 1에는 상부 전극(200)이 개략적으로 도시되어 있지만, 플라즈마 공정 분야에서 일반적으로 상부 전극(200)에 채용되는 구성요소들이 본 발명의 상부 전극(200)에도 채용될 수 있다. 이를 테면, 상부 전극(200)에 일반적으로 채용되는 유전체(미도시) 또는 샤워 헤드 방식으로 반응 가스를 분사시키기 위한 복수개의 홀(미도시) 등이 본 발명의 상부 전극(200)에 더 채용될 수 있다.
다음으로, 도 1을 더 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)는 하부 전극(300)을 포함하여 구성될 수 있다. 하부 전극(300)은 상부 전극(200)과 함께 플라즈마를 발생시키는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 하부 전극(300)은 상부 전극(200)에 대향하는 형태로 반응 챔버(100) 내부에 배치될 수 있다. 하부 전극(300)은 접지선을 통하여 외부에 접지될 수 있다.
도 1을 더 참조하면, 하부 전극(300) 상에 플라즈마 처리를 위한 기판(10)이 탑재 지지된다. 이처럼 하부 전극(300)은 플라즈마를 발생시키는 기능 외에도 기판(10)이 안착되는 지지대의 기능을 수행할 수 있다. 이를 위하여 반드시 그러한 것은 아니지만 하부 전극(300)은 평판 형태로 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 상부 전극(200)에 인가되는 전원의 주파수는 특별하게 제한되지 아니하나 초단파(VHF, very high frequency) 대역의 주파수, 즉 30 MHz 내지 300 MHz 범위의 주파수가 인가되는 것이 바람직하다. 이처럼 초단파 대역의 주파수를 이용하는 경우, 플라즈마 공정의 속도를 현저히 향상시킬 수 있기 때문에, 플라즈마 공정의 생산성을 향상시킬 수 있게 된다. 플라즈마 공정의 속도 향상은 기판(10) 상에 형성되는 반도체층의 성장 속도 향상이나, 반도체층의 식각 속도 향상 등을 이룰 수 있다.
그러나, 초단파 대역의 주파수는 파장의 길이가 상대적으로 짧다. 이러한 파장의 짧음은 상부 전극(200)의 크기가 작은 경우에는 크게 문제가 되지 아니하지만 기판(10)이 대면적화 됨에 따라 상부 전극(200)의 크기 역시 크게 구성되는 경우에는 균일한 플라즈마의 발생을 저해하는 문제점이 있다. 이는 인가되는 전원 주파수의 파장은 짧아지고 상부 전극(200)은 길어짐에 따라 발생되는 정재파(standing wave) 현상 때문이다. 플라즈마의 균일한 발생은 정재파 현상에 의하여 저해될 수 있는데. 이를 테면, 상부 전극(200)의 가장자리에 비하여 상대적으로 상부 전극(200)의 중앙 부근에서 발생되는 플라즈마의 밀도가 높게 될 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 플라즈마 처리 장치(1)는 상부 전극(200)의 형상을 조절하는 복수개의 조절부(400)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 이하에서는 이러한 복수개의 조절부(400)에 관해서 상세하게 살펴보기로 한다.
복수개의 조절부(400)는 하부측이 상부 전극(200)과 연결되고, 상부측은 반응 챔버(100)의 상부 외측에 위치된다. 즉, 조절부(400)는 반응 챔버(100)의 상부면을 통과하며, 상부 전극(200)의 형상을 조절하는 기능을 수행할 수 있다. 복수개의 조절부(400)가 어떠한 구성 원리로 상부 전극(200)의 형상을 조절하는지는 특별하게 제한되지 아니한다. 다만, 복수개의 조절부(400)는 상부 전극(200)의 상부면과 연결되어 수직으로 상향 또는 하향 이동함으로써 상부 전극(200)의 형상을 조절하는 것이 바람직하다. 이를 테면, 상부 전극(200)의 중앙에 연결된 조절부(400)는 고정된 상태에서 주위의 다른 조절부(400)가 수직으로 하향 이동함으로써 상부 전극(200)이 중앙이 가장 높은 볼록면 형상을 가지도록 조절될 수 있다.
이처럼 각 조절부(400)의 하향 이동 정도가 각 조절부(400)에 연결된 상부 전극(200) 위치를 결정한다는 점을 고려할 때, 복수개의 조절부(400)는 서로 독립적으로 상향 또는 하향 이동되는 것이 바람직하다.
구체적으로 설명하면, 상부 전극(200)의 중앙에 연결된 조절부(400)가 고정된 상태에서 상부 전극(200)의 가장자리에 연결된 조절부(400)가 주위의 다른 조절부(400) 보다 많이 하향 이동하면, 상부 전극(200)의 중앙이 가장 높은 위치를 가지게 된다. 그러므로, 임의의 조절부(400)가 상향 또는 하향 이동되는 것과 임의의 조절부(400)와 이웃하는 조절부(400)가 상향 또는 하향 이동되는 것이 서로 관계없는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하여 상부 전극(200)이 보다 다양한 형상을 가지도록 조절할 수 있게 된다.
또한, 복수개의 조절부(400)는 서로 일정한 간격을 가지면서 상부 전극(200)에 연결되는 것이 바람직하다.
도 2에서는 상부 전극과 복수개의 조절부가 서로 연결된 모습을 나타내고 있다.
도 2를 참조하면, 상부 전극(200)에 복수개의 조절부(400)가 종횡으로 일정한 간격을 가지면서 연결되고 있는 모습을 확인할 수 있다. 이러한 구성에 의하여 보다 효율적으로 상부 전극(200)의 형상을 조절할 수 있게 된다. 한편, 도 2에서는 본 발명의 조절부(400)가 15개인 것으로 도시되어 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 이용되는 목적에 따라 다양한 개수로 구성될 수 있다.
종래에는 특수한 형상의 상부 전극(200)을 배치하기 위하여 기존의 상부 전극(200)을 분리하고 상부 전극(200)을 다시 배치하여야 하는 문제점이 있었다. 이를 해결하기 위하여, 서로 분리될 수 있는 복수개의 전극을 이용하여 다양한 형태로 전극들을 조립함으로써 특수한 형상의 상부 전극(200)을 배치하는 기술이 소개되기도 하였다. 그러나, 이러한 종래의 기술에 따르면, 각 전극에 전력 공급을 위한 별도의 구성이 추가로 설치되어야 하기 때문에 설치 비용이 많이 들고 상부 전극(200)의 구조가 복잡해지는 한계점이 있었다. 이러한 종래의 기술과는 달리 본 발명에서는 복수개의 조절부(400)를 독립적으로 상향 또는 하향 이동시켜 상부 전극(200)의 형상을 조절하기 때문에 상부 전극(200)의 형상을 보다 용이하게 변형시킬 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 복수개의 조절부(400)는 상술한 바와 같이 상부 전극(200)의 상부면과 연결된 상태로 상향 또는 하향 이동될 수 있다. 이를 위하여, 공지의 여러 가지 수직 이동 원리가 본 발명의 조절부(400)에 채용될 수 있으나 바람직하게는 다음과 같은 구성들이 채용될 수 있다.
먼저, 도 1을 더 참조하면, 복수개의 조절부(400)는 구체적으로 상부 전극(200)의 상부면과 연결되어 반응 챔버(100)의 상부면을 관통하면서 배치될 수 있다. 이를 위하여, 상술한 바와 같이 반응 챔버(100)의 상부면에는 복수개의 조절부(400)가 관통되는 복수개의 관통홀(110)이 형성될 수 있다. 이때 관통홀(110)의 내경은 조절부(400)의 외경과 실질적으로 일치하는 것이 바람직하다.
또한, 상부 전극(200)이 일정한 형상을 가지도록 하기 위해서는, 조절부(400)가 상향 또는 하향 이동하고 이렇게 이동된 자리에 고정되어 있을 필요가 있다. 이러한 점을 고려해 볼 때 관통홀(110)과 조절부(400)에는 스크류 원리가 채용될 수 있다. 다시 말하여, 관통홀(110)의 내주면은 스크류 가공되어 있을 수 있으며, 이와 접촉하는 조절부(400)의 외주면 역시 스크류 가공되어 있을 수 있다. 이러한 구성에 의하여 복수개의 조절부(400)는 복수개의 관통홀(110)의 내주면과 접촉한 상태로 회전됨으로써 고정되게 상향 또는 하향 이동될 수 있다.
한편, 조절부(400)가 회전할 때, 상부 전극(400)은 회전되지 않도록 구성되는 것이 바람직하다. 따라서, 조절부(400)의 상하방향 직선 운동력은 상부 전극(400)에 전달되고, 조절부(400)의 회전력은 상부 전극(400)에 전달되지 않도록 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 각 관통홀(110)의 상부에는 관통홀(110)과 조절부(400) 사이에 발생될 수 있는 틈새를 밀폐시켜 반응 챔버(100) 내부로의 가스 유입을 방지하는 가스 실링 수단(120)이 더 배치될 수 있다. 이러한 가스 실링 수단(120)으로는 복수개의 오 링(미도시) 및 관 형태의 칼라(collar; 미도시)가 채용될 수 있다. 칼라의 내주면은 관통홀(110)과 유사하게 조절부(400)가 관통될 수 있도록 스크류 가공되어 있을 수 있다.
상술한 바와 같이, 복수개의 조절부(400)는 상부 전극(200)이 다양한 형상을 가지도록 조절할 수 있다. 이때, 상부 전극(200)의 형상 조절은 플라즈마의 균일한 발생을 유도하는 방향으로 이루어지는 것이 바람직하다. 다시 말하여, 반응 챔버(100) 내부의 국부적인 위치에 플라즈마가 편중되게 발생되지 아니하고 반응 챔버(100) 내부의 전체 위치에서 플라즈마가 균일하게 발생될 수 있도록 상부 전극(200)의 형상을 조절하는 것이 바람직하다.
정재파 현상은 불균일한 플라즈마의 발생이 이루어지는 주된 이유 중의 하나이다. 따라서, 균일한 플라즈마 발생을 위한 최선의 방법 중의 하나는 정재파 현상을 최소화하는 방향으로 상부 전극(200)의 형상을 조절하는 것이다. 정재파 현상이 상부 전극(200)에 인가되는 전원의 주파수 파장이 짧아지고 이와 동시에 상부 전극(200)의 크기가 커지면서 발생된다는 점을 고려할 때, 정재파 현상을 최소화하기 위해서는 상부 전극(200)에 인가되는 전원의 주파수 또는 상부 전극(200)의 크기를 고려하여 상부 전극(200)의 형상을 조절하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 상부 전극(200)의 크기가 상부 전극(200)에 인가되는 주파수의 파장 길이의 절반인 경우를 상정해본다. 이러한 경우에 상부 전극(200)의 중앙 부근에서 가장 높은 밀도의 플라즈마가 발생되고 상부 전극(200)의 가장자리로 갈수록 점차 낮은 밀도의 플라즈마가 발생될 수 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여, 복수개의 조절부(400)에 의해서 상부 전극(200)은 중앙이 가장 높은 볼록면 형상을 가지도록 조절될 수 있다. 그러면, 상부 전극(200)의 중앙과 하부 전극(300) 사이의 거리가 가장 멀어지므로, 상부 전극(200)의 중앙에서는 상대적으로 낮은 밀도의 플라즈마가 발생된다. 이로 인해, 상부 전극(200)과 하부 전극(300) 사이에는 균일한 플라즈마가 발생된다. 즉, 반응 챔버(100)의 내부에는 각 부위별로 균일한 플라즈마가 발생하게 되는 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 상부 전극의 중앙이 가장 높은 볼록면 형상을 가지도록 조절된 모습을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 상부 전극(200)의 중앙이 가장 높은 볼록면 형상을 가지도록 하기 위하여, 상부 전극(200) 중앙의 조절부(410)는 고정된 상태에서 상부 전극(200)의 중앙과 가장자리 사이에 위치한 조절부(420)를 소정만큼 하향 이동시키고 상부 전극(200)의 가장자리의 조절부(430)를 가장 낮게 하향 이동시킬 수 있다. 여기서 조절부(420)를 소정만큼 하향 이동시킨다 함은 가장 낮게 하향 이동된 조절부(430)보다 적게 하향 이동 시키는 것을 의미한다.
한편, 상부 전극(200)의 형상이 위와 같이 조절된 상태에서 상부 전극(200)을 또 다른 새로운 형상으로 변경하고자 할 수 있다. 이러한 경우에는, 하향 이동 시켰던 상부 전극(200)의 중앙과 가장자리 사이에 위치한 조절부(420) 및 상부 전극(200)의 가장자리의 조절부(430)를 다시 상향 이동시킨다. 그러면, 상부 전극(200)의 탄성에 의하여 상부 전극(200)이 다시 평판의 형상을 가지게 하고, 이러한 상태에서 새롭게 상부 전극(200)의 형상 조절을 수행할 수 있을 것이다.
또한, 매우 높은 주파수가 상부 전극(200)에 인가되어 상부 전극(200)의 크기가 주파수의 파장 길이의 절반 이하가 되는 경우를 상정해 본다. 이러한 경우에는, 상부 전극(200)의 중앙 부근에서 가장 높은 밀도의 플라즈마가 발생되게 되지만, 가장자리로 갈수록 점차 낮은 밀도의 플라즈마가 발생되다가 소정의 위치 이후에는 다시 플라즈마의 발생 밀도가 높아져 상부 전극(200)의 중앙과 가장자리 사이의 위치에서 가장 낮은 밀도의 플라즈마가 발생되게 될 수 있다. 따라서, 이러한 경우에는 복수개의 조절부(400)에 의하여 상부 전극(200)의 형상이 굴곡진 형상을 가지도록 조절할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 상부 전극이 굴곡진 형상을 가지도록 조절된 모습을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 상부 전극(200)은 중앙이 가장 높되 가장자리로 갈수록 높이가 점차 낮아지다가 소정의 위치 이후에는 다시 높이가 높아져 중앙과 가장자리 사이의 위치가 가장 낮은 형상을 가지도록 조절될 수 있다. 도 4를 더 참조하면, 상부 전극(200)이 이와 같은 형상을 가지도록 하기 위하여, 상부 전극(200) 중앙의 조절부(410)가 고정된 상태에서 상부 전극(200)의 중앙과 가장자리 사이에 위치한 조절부(420)를 가장 낮게 하향 이동시키고 상부 전극(200) 가장자리의 조절부(430)를 소정만큼 하향 이동시킬 수 있다. 여기서 조절부(430)를 소정만큼 하향 이동시킨다 함은 가장 낮게 하향 이동된 조절부(420)보다 적게 하향 이동 시키는 것을 의미한다.
비록 위에서는 상부 전극(200)의 형상이 조절되는 두 개의 예시적인 형태에 관하여 설명하였지만, 상부 전극(200)에 인가되는 전원의 주파수 또는 상부 전극(200)의 크기에 따라 보다 다양한 형태로 상부 전극(200)이 조절될 수 있음은 자명하다 할 것이다.
한편, 상부 전극(200)의 형상 조절은 수동적으로 이루어질 수 있으나 바람직하게는 외부 연산 장치에 의하여 자동적으로 이루어질 수 있다. 여기서 외부 연산 장치는 마이크로 프로세서를 탑재하고 정보 처리 능력을 갖춘 기기일 수 있다. 외부 연산 장치는 상부 전극(200)에 인가되는 전원의 주파수 또는 상부 전극(200)의 크기를 고려한 최적의 상부 전극(200) 형상을 도출하여 자동적으로 상부 전극(200)의 형상을 조절할 수 있을 것이다.
또한, 도 1에 도시되지는 않았지만, 본 발명의 플라즈마 처리 장치(1)에는 일반적으로 플라즈마 처리 장치(1)에 채용되는 구성요소들, 이를 테면, 공정가스 공급부, 보조가스 공급부 등이 더 채용될 수 있다. 다만, 이러한 구성요소들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지의 구성요소에 해당하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 하겠다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (11)

  1. 반응 챔버;
    상기 반응 챔버의 내부에 배치되며 플라즈마 발생을 위한 전원이 인가되는 상부 전극;
    상기 상부 전극에 연결되어 상기 상부 전극의 형상을 조절하는 복수개의 조절부; 및
    상기 반응 챔버의 내부에 배치되고 기판이 탑재 지지되는 하부 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 조절부는 일측은 상기 상부 전극과 연결되고, 타측은 상기 반응 챔버의 외측에 위치되어, 상기 반응 챔버의 상부면을 관통한 상태로 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제3항에 있어서,
    상기 반응 챔버의 상부면에는 상기 복수개의 조절부가 각각 관통하는 복수개의 관통홀이 형성되고,
    상기 조절부 및 상기 관통홀의 내주면에는 상호 맞물리는 스크류 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제4항에 있어서,
    상기 복수개의 조절부는 상기 관통홀에 삽입되어 회전함에 따라 상향 또는 하향 이동하며,
    상기 상부 전극은 상기 조절부의 회전에 대하여는 독립적이고, 상기 조절부의 상향 또는 하향 이동에 대하여는 종속되어 상기 상부 전극의 형상을 조절하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 복수개의 조절부의 외주면을 감싸면서 상기 반응 챔버를 밀봉시키기 위한 복수개의 가스 실링 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 조절부는 독립적으로 상기 상부 전극의 조절 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 조절부는 서로 일정한 간격을 가지면서 상기 상부 전극에 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 조절부에 의하여 상기 상부 전극은 굴곡진 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 조절부에 의하여 상기 상부 전극은 중앙이 가장 높은 볼록면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 조절부는 상기 상부 전극에 인가되는 전원의 주파수 또는 상기 상부 전극의 크기 중에서 선택된 적어도 하나에 대응하여 상기 상부 전극의 형상을 조절하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 상부 전극에 인가되는 전원의 주파수는 30 Hz 내지 300 MHz인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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